Собор построен по заказу религиозного фонда Буковины. Его запланировалипостроить еще в 1831 году, когда планировали развитие города Черновцы.
В 1844 году был заложен первый камень для строительства. Проектом руководил автор из Вены Ф.Ролль. В течение 20 лет велось строительство собора. А внутренние работы продолжаться до конца XIX в. Росписи на стенах делали лучшие художники Вены.
Работал собор с момента постройки, до 1960 года. А в 1960 году был закрыт до 1989 года. Причиной закрытия собора были очередные религиозные споры правящей в то время власти.
В 1976 году помещение собора начали переделывать под выставочные залы для товаров народного потребления, галереи для картин. При переоборудовании строители нашли гроб метрополита Буковинского и далмацкого Евгения. Именно он освящал первый камень для строительства собора.И празднично освятил кафедральный собор, когда он уже был построен.
Умер митрополит в 1973 году, его похоронили в гробнице цокольного помещения в соборе. Когда власть узнала о находке строителей, приказала тайно вывести его останки. До сих пор, место, где похоронен митрополит Евгений не известно.
Здание собора вернули православной церкви в 1989 году. На территории собора стоит памятник, построен в честь памяти митрополита Евгения. Открыт памятник в годовщину его смерти 12 марта 2006.
